2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
BERKELEY, CA - ב-90 שנות מחקר, זבוב הפירות הזעיר Drosophila melanogaster הניב רבות מהתגליות הבסיסיות ביותר בגנטיקה - החל מהוכחה, ב-1916, שהגנים ממוקמים על הכרומוזומים. עם זאת, רק במהלך השנה האחרונה בוצע רצף של כל הגנום של הזבוב, ונמנו 13,601 גנים בודדים שלו.
הגנום של D. melanogaster, הגדול ביותר שעדיין מסודר במלואו, מתואר בגיליון ה-24 במרץ 2000 של מגזין Science, בסדרת מאמרים שנכתבו במשותף על ידי מאות מדענים, טכנאים וסטודנטים מ-20 ציבורים. ומוסדות פרטיים בחמש מדינות.
שיתוף הפעולה הובל על ידי ג'רלד רובין מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי והמכון הרפואי הווארד יוז (HHMI), שעומד בראש פרויקט הגנום של ברקלי תסיסנית, ועל ידי ג'יי קרייג ונטר מ-Celera Genomics ברוקוויל, מרילנד. פרויקט הגנום של ברקלי תסיסנית (BDGP) נתמך על ידי מחלקת האנרגיה, המכון הלאומי לחקר הגנום האנושי ו-HHMI, כאשר הגדול במתקניו מופעל על ידי חטיבת מדעי החיים של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי במחלקת האנרגיה.
בשנת 1998, כשהחל שיתוף הפעולה עם סלרה, נבנו מפות נרחבות אך לא שלמות של מיקומם של רצפי DNA ספציפיים על כרומוזומי הזבוב, וכ-20 אחוזים מהגנום של הזבוב כבר רוצו בפירוט - בעיקר על ידי קבוצת BDGP במעבדת ברקלי שבה, עם רובין, סוזן סלניקר היא מנהלת שותפה של מאמץ הרצף.
מטרת שיתוף הפעולה הייתה לבדוק האם ניתן להשתמש באסטרטגיה המכונה רצף רובה ציד שלם על אורגניזמים שיש להם אלפים רבים של גנים המקודדים במיליוני זוגות בסיסים של DNA; האסטרטגיה הוכחה כיעילה עבור גנומים חיידקיים קטנים.
"אף אחד לא ידע אם רצף רובה ציד שלם יעבוד עבור גנום הזבוב", אומר רוג'ר הוסקינס, מנהיג פרויקט המיפוי הפיזי של BDGP, "אבל ידענו שאם זה יקרה, זה יהיה מהיר יותר ויותר יעילה משיטות מסורתיות."
D. למלנוגסטר יש כ-250 מיליון בסיסים בגנום שלו, המסודרים על חמישה כרומוזומים; 80 אחוז מהגנום ממוקם על הכרומוזומים הגדולים המסומנים 2 ו-3. הוסקינס ועמיתיו יצאו לייצר מפה פיזית של אותו חלק בכרומוזומים 2 ו-3 המבטא גנים (כ-45 אחוז מהחומר הכרומוזומלי מעובה מאוד אינו מקודד גנים).
למרות שמפות פיזיות אינן רצפים - רצף מזהה כל זוג בסיסים לאורך קטע נתון של DNA - מפה טובה מצמידה את המיקום של רצפים קצרים ייחודיים שניתן להשתמש בהם כדי לקבוע את הסדר הנכון לטווח ארוך של עותקים של רצפי DNA ארוכים יותר, וכך של כל גנים שהם מייצגים.
17, 000 השיבוטים שבהם השתמשו קבוצת BDGP של מעבדת ברקלי הם חלקים ממשיים של DNA משוכפלים בחיידקי Escherichia coli ומוכרים כ"כרומוזומים מלאכותיים של חיידקים" (BACs). כל BAC מייצג במדויק קטע בדיד של הגנום, והמפה מסמנת כל BAC בלפחות "אתר מתויג ברצף" (STS) ייחודי אחד - באופן אידיאלי עם שני אתרים כאלה או יותר.
באמצעות בדיקות מותאמות לכל אתר מתויג רצף, ניתן למצוא STS בכל מקום שהוא מתרחש באוסף אקראי של שיבוטים; 1,923 מהסמנים הללו, מרווחים בערך כל 50,000 בסיסים, שימשו לבניית המפה הסופית של ה-BDGP. על ידי התאמת אתרים אלו בין שיבוטים חופפים, ניתן לסדר קבוצות של שיבוטים באורכים שונים אחד עם השני ובסופו של דבר "לרצף" לכל אורכו של כל כרומוזום. התוצאה נקראת מפת תוכן STS.
כאשר מפת הכרומוזומים 2 ו-3 שלהם הושלמה - יחד עם מפות של הכרומוזומים 4 ו-X הקצרים הרבה יותר שיוצרו על ידי אחרים - חוקרי BDGP הכינו רצף "טיוטה גסה" של הגנום עם כיסוי רדוד (פחות מ- שני שיבוטים עמוקים), ששימש כבדיקה נגד רצף רובה הציד השלם של סלרה ומשמש לסגירת חלק מ-1,600 הפערים שלו.
מאמר המדע מרובה מחברים המסכם את תוצאות רצף הגנום מתאר את החשיבות של השיטות והתוצאות של ה-BDGP: "רצפי הקצה של BAC ומפת התוכן של STS סיפקו את המידע האינפורמטיבי ביותר המבוסס על רצף ארוך טווח באתר הכי זול." הגדלת מספר רצפי הקצה של BAC היא ההמלצה העיקרית של המחברים לפרויקטים עתידיים של רצף גנום.
D. עם זאת, חשיבותו של המלנוגסטר גדולה בהרבה מאשר כניסוי לגנום העכבר והאנושי. בקבוצה של 289 גנים אנושיים המעורבים במחלות, 177 דומים מאוד לגנים של זבובי הפירות, כולל גנים הממלאים תפקידים בסרטן, במחלות כליה, בדם ובמחלות נוירולוגיות, ובהפרעות מטבוליות ומערכת החיסון. "הביוכימיה הבסיסית של זבובי פירות ובני אדם דומה להפליא", אומר הוסקינס, "אז זבובי פירות יכולים לספק רמזים להבנת מחלות אנושיות הנגרמות על ידי גנים פגומים."
"אנחנו יכולים למצוא גנים מדכאי גידולים אנושיים בזבובים קל יותר ממה שאנחנו יכולים בעכבר", אומרת סוזן סלניקר, ומציינת שניתן לבצע ניסויים באמצעות גנים של זבובים שיהיו בלתי מעשיים (או בלתי מתקבלים על הדעת) באמצעות נבדקים אנושיים.שימושי במיוחד הוא זיהוי רשתות של גנים אחרים המקיימים אינטראקציה עם גנים ידועים של מחלות, והמסלולים המטבוליים הקשורים אליהם. ההשלכות על הרפואה הן מיידיות.
לשם כך חוקרי BDGP ממשיכים לשכלל את רצף D. melanogaster שכבר נוצר. "אנחנו הולכים לדחוף את זה לדיוק גבוה", אומר הוסקינס.
פרויקט הגנום האנושי שואף לפתרון של שגיאה אחת ב-10,000 זוגות בסיסים - בערך מספר השגיאות שעלולות לנבוע משונות אנושית רגילה - אבל עובדי תסיסנית מתכוונים להשיג דיוק של שגיאה אחת ל-100, 000, מטרה שהתאפשרה בחלקה בשל השונות המוגבלת בין זבובי מעבדה מגובים.
בינתיים, הגנום המושלם של D. melanogaster שדווח בגיליון ה-24 במרץ 2000 של Science הוא אבן דרך בהיסטוריה של המחקר הגנטי ופתח לשיטות חדשות להתקדמות. ראשית, סלרה מנסה כעת ליישם את טכניקת הירי של הגנום כולו על הגנום האנושי הגדול בהרבה.
"סלרה עשתה עבודה נהדרת", אומר הוסקינס, "והפרויקט עבד טוב יותר ממה שכל אחד יכול היה לקוות. כעת, ה-BDGP ושאר הקהילה של 5,000 חוקרי תסיסנית ברחבי העולם יכולים להתחיל בפרויקטים כדי להבין כיצד רצף הגנום שולט בביולוגיה."
מעבדת ברקלי היא מעבדה לאומית של משרד האנרגיה של ארה"ב הממוקמת בברקלי, קליפורניה. הוא עורך מחקר מדעי לא מסווג ומנוהל על ידי אוניברסיטת קליפורניה.
